6月29日，《Nature Genetics》在线发表了一项来自华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室与湖北洪山实验室严建兵团队的最新研究成果。该研究围绕玉米氮素利用效率与籽粒蛋白形成机制，找到了一个关键调控基因。
△图1 论文截图
团队基于1404份玉米多样性群体，整合代谢组、基因组与转录组数据，构建了碳氮代谢的全景调控网络，并在多个关键代谢通路中锁定16个控制“碳氮分配”的基因组热点区域。
其中，一个位于5号染色体的基因 ZmAVT1A-1 被证实起到关键作用。该基因编码液泡膜氨基酸转运蛋白，相当于细胞内负责“调配氮素”的关键节点，将储存的氨基酸高效输送至籽粒，用于蛋白合成。
实验结果显示：基因缺失：低氮条件下叶片早衰、叶绿素下降、产量降低；基因增强表达：植株持绿性增强，产量与籽粒蛋白同步提升。
该基因在自然群体中存在3种单倍型，其中部分因转座子插入导致功能减弱，氨基酸转运效率下降；而祖先型“无插入”版本效率更高，但在现代育种中因株型与熟期等性状选择，比例已明显下降。
由ZmAVT1A-1专门负责氮素的‘高压输送’，由其他基因降低株高和调整开花期，通过分子标记辅助选择，育种工作者完全可以把这三个优点‘叠’在一起，实现矮秆抗倒、适期成熟、低氮条件下高产高蛋白的协同。”严建兵说。
目前，ZmAVT1A-1已被开发为分子标记，并纳入玉米育种芯片体系，与100多个功能基因协同，用于材料筛选与优异基因聚合。
△图2 严建兵（右二）与团队成员在田间做研究。
严建兵告诉《中国科学报》，接下来，这个“绿色基因”有望让贫瘠土地也种出高产高蛋白玉米，同时助力全国玉米主产区大幅减少氮肥用量，实现“一石三鸟”。
